电力系统频率

新能源并网将不断挤占常规机组开机容量，降低系统转动惯量和调频能力，导致频率变化加快、波动幅度增大，因此需要新能源机组提供主动惯性支撑。但是新能源机组动态特性完全不同于同步发电机，传统摇摆方程已难以全面刻画新型电力系统频率受扰后的动态过程。为此，建立新型电力系统的惯量模型，可以准确刻画同步发电机、跟网型和构网型逆变器的惯量响应过程。提出惯量的实时测量方法，采用改进多项式曲线拟合法和系统辨识法，实现了对系统转动惯量和区域内惯量的准确感知。最后通过仿真，对新型电力系统等效惯量进行了量化评估，验证了所提的测量方法和数学模型的有效性。 Integration of new energy sources will continuously encroach upon the startup capacity of conventional units, reducing system's rotational inertia and frequency regulation capabilities. This leads to accelerated frequency changes and increased fluctuation amplitudes. Therefore, it is imperative for new energy units to provide active inertia support. However, the dynamic characteristics of new energy units differ significantly from synchronous generators, making traditional swing equations inadequate to fully reflect the dynamic process of frequency response in new-type power systems after disturbances. Therefore, an inertia model for new-type power systems is established to accurately characterize the inertia response process of synchronous generators, grid-following inverters, and gridforming inverters. A real-time inertia measurement method is proposed, which employs an improved polynomial curve fitting method(PCFM) and system identification method to accurately identify the system's rotational inertia and regional inertia. Finally, through simulation, a quantitative assessment of the equivalent inertia of new-type power systems is conducted, and the effectiveness of the proposed measurement method and mathematic

随着电力系统中可再生能源比重逐渐增加，电力系统频率波动的风险增大。飞轮和锂电池可以优势互补，作为混合储能应用于电网一次调频中，有效解决系统频率波动问题。为了充分发挥飞轮和锂电池各自的调频优势，提出基于自适应荷电状态(state of charge,SOC)的电池-飞轮混合储能一次调频控制策略。首先，建立含正、负虚拟惯性控制和虚拟下垂控制的权重分配一次调频模型；然后，利用飞轮和锂电池SOC对一次调频模型参数进行修正，提高混合储能在SOC阈值附近的一次调频能力；最后，仿真对比各调频场景下文中控制策略与其他控制策略的调频能力及SOC恢复效果。研究结果表明，文中控制策略下储能系统SOC波动范围最小，电池不会发生过充过放，且系统频率波动不超过±0.2 Hz，可以提高电网频率稳定性。

针对风电并网时的随机波动功率、负荷频率控制(load frequency control, LFC)系统参数变化所引起的电力系统频率稳定问题，提出了一种基于智能优化算法与改进目标函数的互联电网LFC系统最优PID控制器设计方法。首先，分析了基于PID控制的含风电互联电力系统LFC闭环模型。其次，在时间乘误差绝对值积分(integral of time multiplied absolute error, ITAE)性能指标的目标函数中考虑了区域控制器的输出信号偏差，对优化目标函数进行改进。采用性能优良的多元宇宙优化(multi-verse optimizer, MVO)算法先计算后验证的思路，寻优获得最优PID控制器参数。最后，以两区域4机组互联电力LFC系统为例，仿真验证了基于MVO算法结合改进目标函数所获得的PID控制器，比基于MVO算法所获得的PID控制器，对阶跃负荷扰动、随机负荷扰动、风电功率偏差扰动以及系统的参数变化，具有相对较好的鲁棒性能。并且，对控制器参数也具有相对较好的非脆弱性指标。

日前，国家电网有限公司西北分部牵头负责的科技项目“新能源场群集中式频率校正控制技术研究”顺利通过国网科技部的验收。验收专家一致认为，该项目针对新能源机组参与电网集中式频率校正控制开展了深入研究，取得多项创新成果，并完成了示范应用，对于完善高比例新能源电力系统频率防控体系具有重要意义。

“双高”背景下新型电力系统面临着非线性机理复杂的稳定问题，传统机组调速器与风电控制器中死区非线性组合间的相互作用，在一定程度上影响了系统的频率稳定性。为此，在奈氏定理的基础上探究不同死区非线性组合下系统频率振荡的影响规律，主要针对死区类型、死区大小和死区顺序3个方面进行研究，涉及单死区系统和多死区系统。理论分析了其非线性系统的稳定性，并根据稳定极限环条件求解系统的临界振幅和振荡频率。通过改变死区类型及顺序，影响机组对系统频率的支撑能力，指出了系统频率稳定与临界振幅的关系，并在Matlab/Simulink中对上述理论分析进行了仿真验证。结果表明机组死区大小和类型均会改变系统的临界振幅和振荡频率，为机组配置死区提供了一定的参考依据。

2018年以来，本项目从特性分析、仿真对比、现场测试和系统试验四个方面针对上述难题开展技术攻关，取得三项创新成果，包括：提出海量频率响应数据一键获取和仿真提升技术方案。研发频率响应多元数据融合的高效智能管理软件，解决各级调度数据孤岛问题；研发了机组一次调频动作特性自动分析软件，显著提升了大电网频率分析工作效率；提出了频率响应仿真精度的提升方案，为精准低频切负荷等安稳策略优化提供了技术支撑。提出新能源参与一次调频的参数整定、实测建模、现场试验方案。提出了云南风水互补的一次调频优化运行方案，明确了新能源一次调频核心技术参数的整定原则和流程；提出新能源参与电网调频的模型参数辨识方法，为大电网频率稳定计算提供了准确的模型参数。提出了高比例水电系统的一次调频和AGC联合优化策略。完善水轮机及引水系统参数建模和测试方法，持续优化水电机组一次调频特性；揭示了周期约为30s的振荡源能引起云南电网较大频率波动的风险，提出了电厂AGC自动穿越振动区的事故反措；针对云南统一调频控制区试运行后频率在±0.05Hz附近悬浮的问题，提出放大AGC积分参数的改进策略并组织了参数优化试验,提升了频率合格率。研究成果应用于2019年以来南方电网的频率特性分析和控制策略优化，有效支撑了云南调频市场建设和昆柳龙投运后系统调频方案设计，在实际运行中取得了良好的效果。项目授权发明专利8项，发表SCI/EI论文8篇，多次在IEEE年会上介绍南方电网在异步联网和调频控制上的最新进展，得到国内外同行的高度肯定，对促进新型电力系统频率特性分析与控制具有重要参考价值。

依托国家级、省级科技研发项目，团队历时8年，攻克非标设备精准识别、复杂对象自动接线、检测模式柔性变换、混线车间自组织调度等技术，实现配电设备规模化自组织高效检测。首创大场景复杂工况下非标重载配电一次设备无人化装卸转运技术。首创面向复杂对象与工序的机器自动接线技术。发明适用于多元检测任务的柔性检测方法和参数及性能全覆盖的成套检测技术。发明复杂混线检测车间多智能体自组织协作调度技术。项目成果已实现产业化，近三年销售收入达14.77亿元，广泛应用于江苏、山东等24个省份电网物资质量检测中心，年均完成近10万件检测任务，发现质量问题2000余起，显著提升入网设备质量，助力电工装备制造业优化升级，促进“十三五”期间国网年户均停电时间由17.1h降低至12.2h，保障了电力可靠供应。